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1、2004年1月西安石油大学学报(自然科学版)Jan.2004第19卷第1期JournalofXi′anShiyouUniversity(NaturalScienceEdition)Vol.19No.1文章编号:100125361(2004)0120066204SiC晶须制备方法及应用Preparationandapplicationsofsiliconcarbonwhiskers(SiCw)1231宁叔帆,刘晓霞,马勇,陈寿田(11西安交通大学电气工程学院,陕西西安710049;21西安科技大学材料科学与工程学院,陕西西安710032;31西安电子科技大学技术物
2、理学院陕西西安710071)摘要:目前生产SiCw(碳化硅晶须)的方法主要有气相反应法和固体材料法两大类.气相反应法应用最为普遍的是气相沉积法(CVD法);固体材料法生产SiCw主要有VLS机理和VS机理.生产出的SiCw主要用作高强度、高硬度结构材料的增强、增韧.使用SiCw增强、增韧的材料,可广泛用于航空航天、军事和民用等众多工业领域.关键词:碳化硅晶须;制备方法;气相反应法;固体材料法中图分类号:TB383文献标识码:ASiC晶须(SiCw)是一种直径为纳米级至微米级熔点(>2700℃)、高强度(抗拉强度为2100kgö242[2]的具有高度取向性的短纤维
3、单晶材料,晶体内化学cm)、高模量(弹性模量为4.9×10kgöcm)、低热杂质少,无晶粒边界,晶体结构缺陷少,结晶相成分膨胀率及耐腐蚀等优良特性.作为金属基、陶瓷基和均一,长径比大,其强度接近原子间的结合力,是最高聚物基等先进复合材料的优良增强剂,已广泛应接近于晶体理论强度的材料,具有很好的比强度和用于机械、电子、化工、能源、航空航天及环保等众多[3]比弹性模量.SiCw具有类似金刚石的晶体结构,有A领域.随着先进的分析工具和生产技术装备的发型(六方和菱方结构)和B型(面心立方结构)2种晶展,人们对SiCw的结构和性能关系的研究逐步深[1]型,B型各方面性能优
4、于A型,见表1.入,开发了一系列新的SiCw制备技术和新的用途.晶须强化增韧被认为是解决材料高温韧性的有SiCw不但自身具有高技术、高附加值的特点,而且效方法,而且与连续纤维强化增韧相比,晶须增韧的对许多相关的高技术应用领域的发展起着至关重要工艺更为简便.因此,各种先进复合材料对晶须的需的作用.3求量不断增加.SiCw具有低密度(3.21göcm)、高表1A型和B型SiCw性能对比晶须晶须直径晶须长度密度ö耐受温度模量抗拉强度硬度名称öLmöLm(g·cm-2)ö℃öGPaöGPaöMobsB2SiCw0.05～0.210～403.22296048020.89.
5、5A2SiCw0.1～1.050～2003.22180039212.9～13.79.2～9.5种,一种为气相反应法,即用含碳气体与含硅气体反1SiCw的合成方法应;或者分解一种含碳、硅化合物的有机气体合成SiCw的方法.另一种为固体材料法,即利用载气通SiCw是极端各向异性生长的晶体,是在SiC粒过含碳和含硅的混合材料,在与反应材料隔开的空子的基础上通过催化剂的作用,沿〈111〉面生长的短间形成SiCw的合成方法.在这两种方法中,固体材纤维状晶体,目前生产SiCw的方法大体上可分为两料法更经济,适合工业化生产.无论哪种方法,为了收稿日期:2003205213作者
6、简介:宁叔帆(19712),男,陕西西安人,讲师,主要从事纳米无机非金属材料方面的研究.宁叔帆等:SiC晶须制备方法及应用—67—使晶须生长,Si和C都必须为气相或进入液相成分.112固体材料法合成SiCw111气相反应法合成SiCw固体材料法可以使用大量不同类型的原料催化气相反应法合成SiCw,化学气相沉积(CVD剂大规模、工业化生产SiCw,主要通过气(V)2液法)技术应用得最为普遍,可合成高纯度的SiCw,可(L)2固(S)机理(简称VLS机理)和气(V)2固(S)机[4,5]以通过下列具体途径来实现:理(简称VS机理)来实现.方法1利用有机硅化合物,如S
7、i(CH3)Cl,11211通过VLS机理合成SiCwVLS机理是在CH3SiCl3等在1100～1500℃温度范围内的热分解Fe,Ni,NaF等催化剂作用下,高温液相中的硅与碳[7,8]或氢还原,即反应,以过饱和原理析出SiC晶须,合成总反应CH3SiCl3(气体)+H2(载体)→SiC(晶须)+式如下:3HCl+H2(载体);(1)SiO2+3C→SiC+2CO(3)方法2SiCl4等卤化物和CCl4或烃类在1200其中存在如下基元反应,～1500℃的温度范围内的氢还原反应,即SiO2+C→SiO+CO(4)SiCl4(气体)+CxHy+H2→SiC(晶须)
8、+HCl+SiO+C→S
